KR101690543B1 - Method for Preparing Polymer Coated Fludized Bed Carbon Electrode, and Fludized Bed Carbon Electrode By The Same - Google Patents
Method for Preparing Polymer Coated Fludized Bed Carbon Electrode, and Fludized Bed Carbon Electrode By The Same Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법, 그에 따른 유동상 카본 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카본 입자를 산처리하고 수용성 고분자와 혼합하여 개질시킴으로써 고분자-개질된 유동상 카본 전극을 제조하는 고분자 코팅된 카본 전극의 제조방법, 그에 따른 카본 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polymer-coated fluidized-bed carbon electrode, and more particularly to a fluidized-bed carbon electrode, and more particularly, to a polymer-modified fluidized-bed carbon electrode by subjecting carbon particles to acid treatment and mixing with a water- The present invention relates to a method for producing a polymer-coated carbon electrode, and a carbon electrode therefor.
현재 해수 담수화에 이용되는 축전식 탈염기술은 전기장을 이용하여 물 속에 염 성분을 제거하는 기술이며, 에너지소비량이 역삼투법의 1/3 수준으로 에너지효율이 높은 이점을 지닌다. Currently, the electrolytic desalination technology used for seawater desalination is a technology that removes salts from the water by using an electric field. The energy consumption is one third of the reverse osmosis method and has a high energy efficiency.
구체적으로, 양 전극사이에 1V 내외의 전기장을 가하면 NaCl과 같은 염 이온이 상대 극으로 이동해 전극에 흡착되게 되며, 전극의 흡착이 포화되면 외부 전기장을 바꿔 흡착된 염 이온을 방출함으로써 전극을 재생시키는 과정을 반복하여 담수를 제조한다. 하지만, 이런 고정층 카본 전극은 염의 흡착이 용액과 쉽게 접촉하고 있는 표면 영역에서 주로 이루어지므로 안쪽의 카본은 흡착 과정에 참여하지 못해 효율이 감소하는 단점을 가지고 있다. Specifically, when an electric field of about 1 V is applied between both electrodes, salt ions such as NaCl move to the counter electrode and are adsorbed to the electrode. When the adsorption of the electrode becomes saturated, the external electric field is changed and the adsorbed salt ions are released to regenerate the electrode The process is repeated to produce fresh water. However, since the fixed carbon electrode is mainly formed in the surface region where the adsorption of the salt is in easy contact with the solution, the inner carbon can not participate in the adsorption process and the efficiency is decreased.
그러므로, 축전식 탈염에 사용되는 전극을 고정층으로 사용하지 않고 물의 흐름과 함께 흐르는 유동상태로 제공함으로써 전극 고유의 흡착 성능한계를 극복하고 재생공정이 필요하지 않은 유동상 전극이 대두되었다. Therefore, the electrode used for the storage desalination is not used as a fixed layer but is provided in a flowing state together with the flow of water, so that a fluidized electrode in which the regeneration process is not necessary is overcome.
유동상 전극은 셀 내부의 유로에서 염 이온을 흡착하고 지나가는 물질의 이동을 수반하기 때문에 전극의 포화흡착이 발생하지 않으며, 흡착된 이온을 제거하는 재생공정이 필요하지 않고, 전극을 일정두께를 갖는 층 구조가 아닌 카본 입자이므로 전극의 상대 면적이 고정층에 비해 급격하게 증가하게 되며 전극 물질의 특성을 온전하게 활용하게 된다. Since the fluidized bed electrode adsorbs salt ions in the flow path inside the cell and involves the movement of passing substances, saturation adsorption of the electrode does not occur and a regeneration step for removing the adsorbed ions is not required, Since the carbon particles are not a layered structure, the relative area of the electrode increases sharply as compared with that of the fixed layer, and the electrode material properties are fully utilized.
따라서, 본 발명에서는 유동상 카본 전극의 효율을 높이고자 고분자 화합물을 카본 표면에 코팅한 입자를 만들어 전극의 기공구조를 충분히 활용할 수 있고 이온을 선택적으로 흡착, 탈착하여 전극의 탈염효율을 증가시키고자 한다. Therefore, in order to increase the efficiency of the fluidized-bed carbon electrode, it is possible to make the particle coated with the polymer compound on the carbon surface to fully utilize the pore structure of the electrode and selectively increase the desorption efficiency of the electrode by selectively adsorbing and desorbing ions do.
이에, 본 발명자들은 카본 입자 표면을 고분자로 균일하게 코팅하여 카본 전극의 탈염효율을 높일 수 있는 고분자 코팅된 카본 입자를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. Thus, the inventors of the present invention have found that a polymer-coated carbon particle capable of increasing the desalination efficiency of a carbon electrode can be prepared by uniformly coating the surface of the carbon particle with a polymer, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 카본 전극 입자의 효율 향상을 위해 저비용으로 흡착이온을 제거할 수 있고, 코팅효율이 우수한 고분자 코팅된 카본 전극의 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a polymer-coated carbon electrode which can remove adsorbed ions at a low cost in order to improve the efficiency of the carbon electrode particles and has an excellent coating efficiency.
본 발명의 다른 목적은 상대면적이 증가하여 카본 전극 물질의 특성을 효과적으로 활용할 수 있고, 탈염 흡착 효율을 높일 수 있는 고분자 코팅된 카본 입자 및 카본 전극을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a polymer coated carbon particle and a carbon electrode which can effectively utilize the characteristics of the carbon electrode material by increasing the relative area and can increase the desalination adsorption efficiency.
상기한 목적을 달성하기 위해 카본 입자를 강산과 혼합하여 현탁액을 제조하고, 상기 현탁액을 필터링하며, 세척한 후, 건조함으로서, 상기 카본 입자 표면을 친수성 관능기로 개질시키는 단계; 상기 개질된 카본 입자를 수용성 고분자가 용해된 수용액과 혼합하여 고분자-개질된 카본 입자혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 건조하는 단계;를 포함하는 고분자 코팅된 카본 전극의 제조방법을 포함하는 것이 특징이다.In order to achieve the above object, there is provided a method for producing a carbon nanotube, comprising the steps of mixing a carbon particle with a strong acid to prepare a suspension, filtering, washing and drying the suspension to modify the surface of the carbon particle with a hydrophilic functional group; Mixing the modified carbon particles with an aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved to prepare a polymer-modified carbon particle mixed solution; And drying the mixed solution of the polymer-modified carbon particles. The method for producing a polymer-coated carbon electrode according to the present invention comprises the steps of:
상기 친수성 관능기는 카르복실기인 것이 바람직하다. The hydrophilic functional group is preferably a carboxyl group.
상기 강산은 황산과 질산 2 내지 4 : 1의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다. The strong acid is preferably mixed in a volume ratio of sulfuric acid to nitric acid of 2: 4: 1.
상기 현탁액을 필터링하는 것은, 상기 현탁액을 초음파로 혼합하며, 상기 초음파로 혼합한 현탁액을 필터링하는 것이 바람직하다. The filtering of the suspension is preferably performed by ultrasonically mixing the suspension and filtering the suspension mixed with the ultrasonic wave.
상기 초음파로 혼합하는 것은 1 내지 3 시간 동안 초음파를 가하면서 혼합하는 것이 바람직하다. The ultrasonic wave mixing is preferably performed while applying ultrasonic waves for 1 to 3 hours.
또한, 상기 수용성 고분자가 용해된 수용액은 친수성 고분자가 용해된 수용액인 것이 바람직하다. The aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved is preferably an aqueous solution in which the hydrophilic polymer is dissolved.
상기 친수성 고분자는 나피온(Nafion)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The hydrophilic polymer may be Nafion, but is not limited thereto.
상기 건조하는 것은 80 내지 200℃에서 24 시간 이내로 건조하는 것이 바람직하다. The drying is preferably performed at 80 to 200 ° C within 24 hours.
또한, 상기 고분자 코팅된 카본 전극의 제조방법에 따라 제조되어, 카본 입자에 고분자가 코팅된 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 카본 입자를 제공한다. Also, there is provided a polymer-coated carbon particle which is prepared according to the method for producing a polymer-coated carbon electrode and coated with a polymer.
상기 코팅된 고분자는 50 내지 200 nm의 두께를 갖는 것이 가능하다.It is possible that the coated polymer has a thickness of 50 to 200 nm.
또한, 상기 고분자 코팅된 카본 입자를 포함하는 고분자 코팅된 카본 전극을 제공한다. Also provided is a polymer coated carbon electrode comprising the polymer coated carbon particles.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따른 고분자 코팅된 카본 입자의 제조 방법에 따르면, 카본 입자를 산처리하고 수용성 고분자와 혼합하여 고분자-개질된 카본 입자를 제조함으로써, 저비용으로 흡착이온을 제거할 수 있고, 이러한 제조방법은 다양한 코팅 공정에 활용할 수 있다.According to the method for producing polymer-coated carbon particles according to the present invention, adsorbed ions can be removed at low cost by preparing carbon particles by acid treatment and mixing with water-soluble polymer to prepare polymer-modified carbon particles. It can be applied to various coating processes.
또한, 본 발명에 따른 고분자 코팅된 카본 입자 및 카본 전극은 상대면적이 증가하여 카본 전극 물질의 특성을 효과적으로 활용할 수 있고, 탈염 흡착 효율을 높일 수 있다. In addition, the polymer coated carbon particles and the carbon electrode according to the present invention have an increased relative area, so that the characteristics of the carbon electrode material can be effectively utilized, and the desalination adsorption efficiency can be increased.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅 카본 입자 제조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 표면 처리된 카본 입자의 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅 카본 입자 제조 공정 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 전 후 카본 입자와 개질된 카본 입자에 고분자를 코팅한 카본 입자의 적외선 분광기에 의한 분석결과를 나타낸 것이다((a) 산 처리 되지 않은 카본 입자, (b) 산 처리된 카본 입자, (c) 고분자 코팅된 카본 입자).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅된 카본 입자의 형상을 나타내는 주사 전자현미경 사진과 원자 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅된 카본 입자의 미세구조를 나타내는 투과 전자현미경 사진과 원자 분석 결과를 나타낸 것이다. 1 is a flow chart showing a process for producing polymer-coated carbon particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of surface treated carbon particles prepared according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a process for producing polymer-coated carbon particles according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of analysis of carbon particles obtained by coating a polymer on a carbon particle before modification and a modified carbon particle according to an embodiment of the present invention by an infrared spectroscope ((a) carbon particles not subjected to acid treatment b) acid-treated carbon particles, and (c) polymer-coated carbon particles.
FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph showing the shape of the polymer-coated carbon particles according to an embodiment of the present invention and the result of atomic analysis.
FIG. 6 is a transmission electron microscope photograph showing the microstructure of the polymer-coated carbon particles according to an embodiment of the present invention and the result of atomic analysis.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 카본 입자의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for producing carbon particles according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅 카본 입자 제조과정을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 표면 처리된 카본 입자의 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅 카본 입자 제조방법의 모식도이다. 2 is a schematic view of surface-treated carbon particles produced according to an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a cross-sectional view of a carbon particle according to an embodiment of the present invention. Fig. Coated carbon particles according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 고분자 코팅된 카본 전극의 제조방법은 카본 입자를 개질시키는 단계(S10); 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 제조하는 단계(S20); 및 상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 건조하는 단계(S30);를 포함한다.In order to accomplish the object of the present invention, as shown in FIG. 1, a method of manufacturing a polymer coated carbon electrode according to the present invention comprises: (S10) modifying carbon particles; Preparing a polymer-modified carbon particle mixture solution (S20); And drying the polymer-modified carbon particle mixed solution (S30).
먼저, 상기 카본 입자를 개질시키는 단계(S10)는, 카본 입자를 산 처리하여 개질시키는 것이다. 카본 입자를 산 용액과 혼합하여 현탁액으로 제조할 수 있다. First, the step (S10) of modifying the carbon particles is to modify the carbon particles by acid treatment. The carbon particles may be mixed with an acid solution to prepare a suspension.
카본 입자를 산 처리하여 개질시키는 것은 카본 입자의 표면을 산으로 개질시키는 것으로서, 카르복실기의 친수성 관능기를 도입하여 수용액에서 카본의 응집현상을 억제시킬 수 있다.The modification of the carbon particles by an acid treatment is intended to modify the surface of the carbon particles with an acid, and the hydrophobic functional group of the carboxyl group may be introduced to suppress aggregation of carbon in the aqueous solution.
본 발명에서 카본은 공업적으로 각종 탄소제품이 만들어지고 있는데 원료로서는 보통 석탄·석유·천연가스·천연흑연 등이 쓰이고 목적에 따라 합성고분자 등도 쓰인다. 카본 입자는 탄소 입자로서, 보다 바람직하게는 균일한 입도로 분말화된 탄소 분말이 사용될 수 있다. 카본 입자로는 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 수퍼-P 또는 케첸블랙 등을 이용할 수 있으며, 특정 카본 입자에 제약을 두지는 않으나, 비표면적이 50 - 2,000 m2/g, 바람직하게는 1,000 - 2,000 m2/g인 카본 입자(예를 들어, 케첸블랙)를 이용할 수 있다. 비결정성 탄소로서는 카본블랙과 활성탄이 가장 많이 만들어진다. 카본블랙은 자동차 타이어를 비롯하여 각종 고무의 충전제로 쓰이고 인쇄 잉크로도 쓰이는데, 주로 천연가스나 석유의 불완전연소로 만들어진다. 활성탄은 음료수 등의 정수, 식품공업 등에서 탈색 등의 흡착제로서 널리 쓰이는데, 각종 목재, 야자껍데기, 석탄 등에 공기를 차단하고 600 내지 900℃로 가열하여 탄화시킨 다음, 염화아연 등의 금속염화물을 작용시켜서 활성화(賦活)하여 만든다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카본 입자는 입자의 크기 및 형상이 다른 카본 입자를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 카본 입자는 10 ㎛의 균일한 카본 분말일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, various kinds of carbon products are produced industrially in the present invention. Generally, coal, petroleum, natural gas, natural graphite and the like are used as raw materials. The carbon particles may be carbon particles, and more preferably, powdered carbon powder with a uniform particle size may be used. As the carbon particles, carbon black, acetylene black, denka black, Super-P or Ketjen black can be used, and the specific carbon particles are not limited, but the specific surface area is 50 to 2,000 m 2 / g, preferably 1,000 - 2,000 m 2 / g carbon particles (for example, Ketjenblack) can be used. As amorphous carbon, carbon black and activated carbon are most produced. Carbon black is used as filler for various tires such as automobile tires and also as printing ink, mainly made from incomplete combustion of natural gas or petroleum. Activated carbon is widely used as an adsorbent for decoloring and the like in beverages such as beverages and the food industry. It is carbonized by heating to 600 to 900 ° C by cutting off air to various woods, coconut shells, and coal, and then reacts with a metal chloride such as zinc chloride It is made by activating. According to an embodiment of the present invention, the carbon particles may be used singly or in combination of carbon particles having different particle sizes and shapes. For example, the carbon particles may be uniform carbon powders of 10 占 퐉, but are not limited thereto.
본 발명에서 산 처리는 금속 또는 입자 표면을 강산을 이용하여 처리하는 과정을 말한다. 산 처리는 통상적인 방법에 따라 강산의 산 용액 또는 산 혼합 용액에 침지한 후 교반하거나, 초음파를 가하면서 산 처리할 수 있다. 강산으로는 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3) 등을 사용할 수 있다. 상기 강산은 황산과 질산이 2 내지 4 : 1의 조성비로 혼합된 것이 바람직하다. 상기 산 처리 시 산 용액은 카본 입자의 개질을 위한 물질로서 사용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산 처리는 황산, 질산, 염산, 또는 인산으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 사용하여 개질시킬 수 있다. 상기 산 처리 시 혼합되는 산 용액의 혼합 조성비 및 혼합 시간은 상기 카본 입자의 종류 및 입자 크기에 따라 달리할 수 있다. 상기 산 처리 시 강산을 단독으로 사용하거나 또는 강산을 일정 조성비로 혼합한 혼합물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 강산을 사용할 경우, 황산을 단독으로 사용하거나 질산을 단독으로 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강산은 황산과 질산이 2 내지 4 : 1의 조성비로 혼합하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 황산과 질산의 혼합 조성비는 3 : 1 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 후술하는 실시예에 나타난 바와 같이 최적양을 확인하였다. In the present invention, the acid treatment refers to a treatment of a metal or a particle surface using a strong acid. The acid treatment can be carried out by immersing in an acid solution or acid mixture solution of strong acid, followed by stirring, or by acid treatment while applying ultrasonic waves, according to a conventional method. As the strong acid, hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ) and the like can be used. It is preferable that the strong acid is a mixture of sulfuric acid and nitric acid at a composition ratio of 2: 4: 1. The acid solution used in the acid treatment is used as a material for modifying carbon particles. According to an embodiment of the present invention, the acid treatment may be performed using at least one selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid. The mixed composition ratio and the mixing time of the acid solution to be mixed in the acid treatment may vary depending on the type and the particle size of the carbon particles. In the acid treatment, a strong acid may be used alone, or a mixture of strong acids mixed at a predetermined composition ratio may be used. For example, when a strong acid is used, sulfuric acid may be used alone or nitric acid may be used alone. According to an embodiment of the present invention, the strong acid is preferably mixed with sulfuric acid and nitric acid at a composition ratio of 2: 4: 1. For example, the mixed composition ratio of sulfuric acid and nitric acid may be 3: 1, but is not limited thereto. The optimum amount was confirmed as shown in the following examples.
본 명세서에서 '개질(modification)' 또는 '표면 개질(surface modification)'은, 산 또는 알칼리 용액에의 침지, UV 처리, 또는 플라즈마 처리와 같은 다양한 표면 처리를 통해서 수행될 수 있다. 이러한 표면 개질 처리는 1차적인 표면 처리를 수행한 후 촉매와 활성화 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 특정 관능기(기능기, 작용기)와 반응할 수 있는 특정 관능기를 표면에 만들어 주거나, 친수성 또는 소수성을 증가, 오염물질의 제거, 표면의 전기 전도도를 증가시키기 위해 표면을 개질시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산 용액에 카본 입자를 침지하여 개질시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As used herein, the term "modification" or "surface modification" may be performed through various surface treatments such as immersion in an acid or alkali solution, UV treatment, or plasma treatment. Such surface modification treatment may include performing a primary surface treatment followed by a catalyst and an activation process. In addition, the surface can be modified to make a specific functional group capable of reacting with a specific functional group (functional group, functional group), to increase hydrophilicity or hydrophobicity, to remove contaminants, or to increase the electrical conductivity of the surface. According to one embodiment of the present invention, carbon particles may be immersed in an acid solution to modify them, but the present invention is not limited thereto.
이러한 본 발명에 따른 고분자 코팅된 카본 입자 제조방법은, 카본 입자 표면을 고분자로 균일하게 개질시켜 카본 전극의 탈염효율을 높이고자 카본 입자 표면을 산 처리한 것이다. 상기 카본 입자 표면을 산 처리함으로써, 카본 입자들의 응집력을 감소시키고, 고분자 수용액에서의 코팅 공정을 통하여 높은 코팅 효율을 가지는 고분자 코팅된 카본 입자를 제조할 수 있다.The method for producing polymer-coated carbon particles according to the present invention is to acid-treat the surface of carbon particles to uniformly modify the surface of the carbon particles with a polymer to increase the desorbing efficiency of the carbon electrode. The surface of the carbon particles is subjected to an acid treatment to reduce the cohesive force of the carbon particles and to produce a polymer-coated carbon particle having a high coating efficiency through a coating process in a polymer aqueous solution.
나아가, 상기 카본 입자를 개질시키는 단계(S10)는, 카본 입자를 강산과 혼합하여 현탁액을 제조하고, 상기 현탁액을 초음파로 혼합하는 것이 바람직하다(도 3의 (1) 참조). 상기 현탁액은 초음파를 가하여 혼합함으로써 혼합성을 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 산 용액과 카본 입자를 함께 혼합함으로써, 상기 카본 입자 표면에 카르복실기 등의 친수성 관능기가 도입되어 개질시킬 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 카본 입자를 산처리(1)함으로써, 카본 입자 표면이 카르복실기로 개질되어 카본 입자 간의 응집이 억제되어 분산력을 높일 수 있는 카본 입자(2)를 제조할 수 있다(도 2 및 도 3의 (2) 참조). Further, in the step (S10) of modifying the carbon particles, it is preferable to mix the carbon particles with strong acid to prepare a suspension, and to mix the suspension with ultrasonic waves (see (1) in FIG. 3). The suspension may be mixed with ultrasonic waves to increase the mixing property. Further, by mixing the acid solution and the carbon particles together, a hydrophilic functional group such as a carboxyl group can be introduced into the surface of the carbon particles, thereby being modified. As shown in Fig. 3, by carbonizing the carbon particles (1), it is possible to prepare carbon particles (2) which are modified into carboxyl groups on the surface of the carbon particles to suppress aggregation between the carbon particles and increase the dispersing ability And Fig. 3 (2)).
또한, 상기 초음파로 혼합하는 것은 1 내지 3 시간 동안 초음파를 가하면서 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산 용액과 카본 입자가 혼합된 현탁액은 1 내지 60 분 동안 초음파를 가하면서 혼합한다. In addition, mixing with ultrasonic waves is preferably performed while applying ultrasonic waves for 1 to 3 hours. According to one embodiment of the present invention, the suspension in which the acid solution and the carbon particles are mixed is mixed while applying ultrasonic waves for 1 to 60 minutes.
상기 카본 입자를 개질시키는 단계(S10)는, 상기 초음파로 혼합한 현탁액을 필터링하고, 세척한 후, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 초음파로 혼합한 현탁액을 필터링하고, 증류수로 세척한다. 이 때, 상기 산 처리된 카본 입자 현탁액은 필터링하고 증류수로 세척하는 공정을 거쳐 카본 입자 표면의 산을 중화시킬수 있다. 상기 증류수로 세척한 현탁액을 건조함으로써, 카르복실기로 개질된 카본 입자를 수득할 수 있다. 다음으로, 상기 초음파로 혼합한 현탁액을 건조하는 것은 80 내지 200℃에서 24 시간 이내로 건조하는 것이 바람직하다. The step (S10) of modifying the carbon particles may further include a step of filtering, washing, and drying the suspension mixed with the ultrasonic waves. Specifically, the suspension mixed with the ultrasonic wave is filtered and washed with distilled water. At this time, the acid-treated carbon particle suspension may be filtered and washed with distilled water to neutralize the acid on the surface of the carbon particles. Carbon particles modified with a carboxyl group can be obtained by drying the suspension washed with the distilled water. Next, it is preferable to dry the suspension mixed with the ultrasonic waves at 80 to 200 ° C. within 24 hours.
상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 제조하는 단계(S20)는, 상기 개질된 카본 입자를 고분자 수용액과 혼합함으로써 상기 카본 입자에 고분자가 코팅된 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 제조하는 단계이다. The step (S20) of preparing the polymer-modified carbon particle mixed solution is a step of mixing the modified carbon particles with a polymer aqueous solution to prepare a polymer-modified carbon particle mixed solution in which the polymer particles are coated with the polymer particles .
도 3을 참조하면, 상기 카르복실기로 개질된 카본 입자(2)와 고분자 용액(3)을 혼합하여 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 수득할 수 있다. 상기 카르복실기로 개질된 카본 입자(2)와 고분자 용액(3)은 혼합성을 최대화시키기 위해 초음파를 가함으로써 혼합할 수 있다(4).Referring to FIG. 3, the polymer-modified carbon particle mixed solution can be obtained by mixing the
상기 고분자 용액은 수용성 고분자가 용해된 수용액이다. 상기 개질된 카본 입자를 수용성 고분자가 물에 용해된 수용액과 혼합하는 것이다. 즉, 상기 개질된 카본 입자와 수용액 상에서 이온으로 존재하는 관능기를 가진 고분자를 혼합하면, 사슬 간 엉킴 현상이 감소되어 코팅 효율을 증가시키고 균일한 고분자 코팅막을 형성할 수 있다.The polymer solution is an aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved. And the modified carbon particles are mixed with an aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved in water. That is, when the modified carbon particles are mixed with a polymer having a functional group existing in the form of an ion in an aqueous solution, the entanglement between chains is reduced to increase the coating efficiency and form a uniform polymer coating film.
상기 수용성 고분자는 크게 천연 고분자, 반 합성 고분자, 합성 고분자로 대별할 수 있는데 물에 용해되거나 팽윤 또는 작은 입자로 분산될 수 있는 수지 또는 고분자 물질을 나타낸다. 수용성 고분자는 도료, 접착제, 세제, 식품, 화장품, 의약품의 첨가 재료인데 제지공업, 섬유공업, 석유발굴 등 광범위한 부분에 쓰이고 있으며 이들은 수용성 고분자의 분산, 흡수, 접착, 응집, 증점 등과 같은 다양한 특성을 이용한 약제이다. 수용성 고분자는 작용기, 분자량, 전하밀도, 고분자의 가지도, 용액 속의 이온성 물질 농도 등에 의해서 영향을 받게 된다. 수용성 고분자 내에 포함된 작용기는 크게 비이온성, 양이온성, 음이온성으로 나누어지고 이 작용기가 수용해성을 부여한다. 비이온성 작용기를 친수성이 높은 순서로 열거하면 -OH > -CONH2 > COC > COO와 같다. 양이온성 작용기에 주로 아민을 사용한다. 음이온성 작용기에 주로 카르복실기가 이용된다. 중화시키지 않은 상태에서는 카르복실기 상호간의 수소 결합에 의해서 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에 Na+, K+, NH4 + 등으로 중화하여 용해도를 높여준다. 친수성 고분자는 관능기가 극성인데 대표적으로 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리바이닐알콜(PVA), 폴리바이닐아세테이트(PVAc) 등이 있고 이 폴리머의 관능기가 극성이기에 극성 용매인 물에 녹는다.The water-soluble polymer can be broadly divided into natural polymers, semi-synthetic polymers, and synthetic polymers, which are resins or polymeric substances that can be dissolved in water, swelled or dispersed into small particles. Water-soluble polymers are additives for paints, adhesives, detergents, food, cosmetics and pharmaceuticals. They are used in a wide range of industries such as paper industry, textile industry and oil exploration. They have various properties such as dispersion, absorption, adhesion, coagulation and thickening of water-soluble polymers It is a used medicine. The water-soluble polymer is affected by the functional group, the molecular weight, the charge density, the branching of the polymer, and the concentration of the ionic substance in the solution. The functional groups contained in the water-soluble polymer are largely divided into nonionic, cationic and anionic groups, and this functional group imparts water solubility. When nonionic functional groups are listed in order of hydrophilicity, they are the same as -OH> -CONH 2 >COC> COO. Amines are mainly used for cationic functional groups. The carboxyl group is mainly used for the anionic functional group. Since the solubility in water is very low due to the hydrogen bonding between the carboxyl groups in the non-neutralized state, the solubility is enhanced by neutralization with Na + , K + , NH 4 + and the like. The hydrophilic polymer has a polar functional group such as polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (PVAc) and the like. Since the functional group of the polymer is polar, it dissolves in polar solvent.
그 중에서도, 상기 수용성 고분자는 카본 입자 표면의 코팅 효율을 증대시키기 위해, 수용액에 가용성인 친수성 고분자를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 고분자는 수용성 고분자를 사용하며, 고분자의 농도는 고분자의 용해도에 따라 달리할 수 있다. 상기 고분자의 구조는 분자 구조 내에 이온화되는 관능기를 가질 수도 있다. 그러한 점에서, 상기 수용성 고분자는 나피온(Nafion)이 가능하다. Among them, in order to increase the coating efficiency of the surface of the carbon particles, the water-soluble polymer is preferably selected as a hydrophilic polymer soluble in an aqueous solution. The polymer may be a water-soluble polymer, and the concentration of the polymer may vary depending on the solubility of the polymer. The structure of the polymer may have a functional group ionized in the molecular structure. In this regard, the water-soluble polymer may be Nafion.
상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 건조하는 단계(S30)는, 상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 필터링하고, 상기 필터링된 카본 입자를 건조시키는 것을 포함한다. The step (S30) of drying the polymer-modified carbon particle mixed solution includes filtering the polymer-modified carbon particle mixed solution and drying the filtered carbon particles.
도 3을 참조하면, 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 수득한 후, 필터링, 세척, 건조 공정(5)을 거쳐 고분자-개질된 카본 입자인 코어쉘 입자를 수득할 수 있다. Referring to FIG. 3, core-shell particles which are polymer-modified carbon particles can be obtained through a filtering, washing and drying step (5) after obtaining a solution mixture of polymer-modified carbon particles.
구체적으로, 산 처리하여 표면 개질된 카본 입자를 고분자 수용액과 혼합하여 제조된 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 필터링할 수 있다. 그리고 나서, 상기 필터링된 카본 입자를 건조하는 것은 80 내지 200℃의 온도에서 24 시간 건조시키는 것이 가능하다. 상기 필터링된 카본 입자를 건조하는 것은 80 내지 150℃의 온도에서 24 시간 건조시키는 것이 더 바람직하다. Specifically, the polymer-modified carbon particle mixed solution prepared by acid-treating the surface-modified carbon particles with the polymer aqueous solution can be filtered. Then, it is possible to dry the filtered carbon particles at a temperature of 80 to 200 DEG C for 24 hours. It is more preferable to dry the filtered carbon particles at a temperature of 80 to 150 캜 for 24 hours.
한편, 본 발명은 상기한 제조방법에 따라 제조되어, 카본입자에 고분자가 코팅된 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 카본 입자이다. Meanwhile, the present invention is a polymer-coated carbon particle which is produced according to the above-mentioned production method and is characterized in that carbon particles are coated with a polymer.
그 중에서도, 상기 코팅된 고분자는 50 내지 200 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 코팅된 고분자가 50 nm 이하이면 지나치게 얇은 코팅막으로 인해 카본 입자 내로 이온들이 들어올 수 있기 때문이다. 또한, 상기 코팅된 고분자는 전극의 상대면적을 증가시키고 전극의 기공구조를 충분히 활용하기에 50 내지 200 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅된 고분자는 50 내지 100 nm, 50 내지 150 nm, 100 내지 200 nm, 또는 150 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는 것일 수 있다. Among them, the coated polymer preferably has a thickness of 50 to 200 nm. If the coated polymer is 50 nm or less, ions may enter into the carbon particles due to an excessively thin coating film. In addition, it is preferable that the coated polymer has a thickness of 50 to 200 nm in order to increase the relative area of the electrode and sufficiently utilize the pore structure of the electrode. The coated polymer according to an embodiment of the present invention may have a thickness of 50 to 100 nm, 50 to 150 nm, 100 to 200 nm, or 150 nm to 200 nm.
또한, 본 발명에 따른 고분자 코팅된 카본 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본 전극을 제공할 수 있다. Also, it is possible to provide a carbon electrode comprising the polymer-coated carbon particles according to the present invention.
그 중에서도, 본 발명에 따른 고분자 코팅된 카본 입자는 유동상(fludized bed) 카본 전극에서 기공 구조를 충분히 활용할 수 있고 이온을 선택적으로 흡착, 탈착하여 전극의 탈염효율을 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 유동상(fludized bed) 카본 입자는 카본 입자 표면에 균일하고 연속적인 코팅막이 형성되어 코팅 효율을 증대시킨 카본 입자를 포함하는 카본 전극을 제조할 수 있다. 일반적으로 카본 입자들은 수용액에서 입자 간의 반데르발스 결합으로 인해 서로 응집됨으로써 각각의 독립적인 카본 입자에 코팅하기에 어려움을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따른 제조방법에 따르면, 카본 입자를 산 표면 처리하여 수용액에서의 분산력을 증대시키고 수용성 고분자로 코팅함으로써 균일한 코팅막을 제조하고 효율을 높일 수 있다.In particular, the polymer-coated carbon particles according to the present invention can sufficiently utilize the pore structure in the fludized bed carbon electrode and can selectively desorb and desorb ions to increase the desalination efficiency of the electrode. The fludized bed carbon particles according to the present invention can form a uniform and continuous coating film on the surface of carbon particles to produce a carbon electrode including carbon particles having increased coating efficiency. Generally, carbon particles are difficult to coat each independent carbon particle by aggregating with each other due to van der Waals bonding between particles in an aqueous solution. However, according to the production method of the present invention, the carbon particles are subjected to acid surface treatment to increase the dispersibility in the aqueous solution and coating with the water-soluble polymer, so that a uniform coating film can be produced and the efficiency can be improved.
'유동상(fluidized bed) 전극'은 전극에 형성된 미세 유로 구조 내에 슬러리상 전극물질(Electrode Materials) 및 전해질(Electrolyte)이 동시에 연속적으로 유동하면서 전기에너지를 저장하는 전극을 말한다. 유동상 전극은 셀 내부의 유로에서 염 이온을 흡착하고 지나가는 물질의 이동을 수반하기 때문에 전극의 포화흡착이 발생하지 않으며, 흡착된 이온을 제거하는 재생공정이 필요하지 않고, 전극을 일정두께를 갖는 층 구조가 아닌 카본 입자이므로 전극의 상대 면적이 고정층에 비해 급격하게 증가하게 되며 전극 물질의 특성을 효율적으로 활용하게 된다. The term "fluidized bed electrode" refers to an electrode that stores electric energy while simultaneously flowing slurry-based electrode materials and electrolytes in a microfluidic structure formed in an electrode. Since the fluidized bed electrode adsorbs salt ions in the flow path inside the cell and involves the movement of passing substances, saturation adsorption of the electrode does not occur and a regeneration step for removing the adsorbed ions is not required, Since the carbon particles are not a layered structure, the relative area of the electrode increases sharply as compared with that of the fixed layer, and the characteristics of the electrode material can be efficiently utilized.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.
실시예 : 고분자 코팅된 카본 입자의 제조Example: Preparation of polymer-coated carbon particles
카본 입자 분말로 활성탄 입자를 사용하였다. 약 10 ㎛의 활성탄 입자를 황산과 질산의 혼합 용액에 첨가하여 현탁(suspension)액을 제조하였다. 상기 현탁액을 초음파로 3 시간 동안 혼합하여 혼합성을 증대시켰다. 상기 산 처리된 카본 입자를 80℃에서 24 시간 동안 건조하여 개질된 카본 입자를 제조하였다(도 2 및 도 3). Activated carbon particles were used as the carbon particle powder. A suspension solution of about 10 탆 of activated carbon particles was added to a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid. The suspension was mixed with ultrasonic wave for 3 hours to increase the mixing property. The acid-treated carbon particles were dried at 80 DEG C for 24 hours to prepare modified carbon particles (FIGS. 2 and 3).
그리고 나서, 수용성 고분자인 나피온(Nafion)을 물에 용해시킨 수용액에 상기 개질된 카본 입자를 혼합하였다. 그 다음, 상기 고분자 수용액에 개질된 카본 입자를 혼합한 혼합 용액을 필터링시키고 80℃에서 24 시간 동안 건조하여 고분자 개질된(코팅된) 활성탄 입자를 제조하였다(도 1 내지 도 3 참조). Then, the modified carbon particles were mixed into an aqueous solution in which water-soluble polymer Nafion was dissolved in water. Then, a mixed solution prepared by mixing the modified polymer aqueous solution with the carbon particles was filtered and dried at 80 ° C for 24 hours to prepare polymer-modified activated carbon particles (see FIGS. 1 to 3).
카본 입자Carbon particles
산 용액 (vol%)Acid solution (vol%)
수용성 고분자 Water-soluble polymer
활성탄
Activated carbon
황산/질산 = 3/1
Sulfuric acid / nitric acid = 3/1
나피온 (Nafion)
Nafion
시험예 1 : 제조된 카본 입자들의 적외선 분광기 (IR) 결과Test Example 1: Infrared spectroscopic (IR) results of the produced carbon particles
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 전 후 카본 입자와 개질된 카본 입자에 고분자를 코팅한 카본 입자의 적외선 분광기에 의한 분석결과((a) 산 처리되지 않은 카본 입자, (b) 산 처리된 카본 입자, (c) 고분자 코팅된 카본 입자)이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 산 처리되지 않은 비개질 카본 입자에서는 2,800 내지 3,000 cm-1의 C-H 신축 운동 피크(stretching vibration peak)만이 확인되었다. 반면에, 산 처리 후, 3,500 cm-1의 O-H 신축 피크(stretching peak)와 카르복실기(carboxylic acid group)에 의한 1,600 cm-1에서의 C=O 신축 피크(stretching peak)가 나타났다. 또한, 고분자 코팅된 카본 입자에서는 카본 입자 표면에 코팅된 임. 고분자에 의해 1,200 및 1,050 cm-1에서 강한 C-F 피크가 확인되었다. FIG. 4 is a graph showing the results of analysis of carbon particles obtained by coating a polymer on a carbon particle before modification and a modified carbon particle according to an embodiment of the present invention by infrared spectroscopy ((a) carbon particles not treated with acid, Treated carbon particles, and (c) polymer-coated carbon particles). As shown in FIG. 4, only CH stretching vibration peaks of 2,800 to 3,000 cm -1 were observed in the non-acid-treated unmodified carbon particles. On the other hand, after the acid treatment, an OH stretching peak of 3,500 cm -1 and a C = O stretching peak at 1,600 cm -1 due to the carboxylic acid group were observed. Also, in the polymer coated carbon particles, it is coated on the surface of carbon particles. Strong CF peaks were observed at 1,200 and 1,050 cm -1 by the polymer.
시험예 2 : 고분자 코팅된 카본 입자의 형상 및 원소 분석Test Example 2: Shape and Elemental Analysis of Polymer-Coated Carbon Particles
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질된 카본 입자와 코팅된 카본 입자의 형상을 나타내는 주사 전자현미경 사진과 원자 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 개질된 카본 입자의 크기는 개질되지 않은 카본 입자에 비해 현저히 감소하였다. 이는 산에 의해 카본 표면에 형성된 친수성의 관능기 사이의 척력으로 인해 카본 입자의 응집이 감소하였기 때문이다. 고분자 코팅 후, 카본 입자의 표면은 코팅막 형성으로 인해 매우 부드러워졌으며 카본 표면에 존재했던 기공도 관찰되지 않았다. 또한, 도 5에서 보는 바와 같이, 카본 입자 표면에 균일한 고분자 막이 코팅되었음을 알 수 있다. 원소 분석 결과에서 개질된 카본은 카본 입자와 생성된 카르복실기로부터 C와 O의 원소가 확인되었지만(도 5(b)), 개질되지 않은 카본에서는 C 만이 확인되었다(도 5(a)). 또한, 고분자 코팅된 코어셀 입자에서는 개질된 카본에 의한 C 와 O 및 임. 코팅막에 의한 F가 각각 확인되었다(도 5(c)). FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph showing the shape of the surface-modified carbon particles and the coated carbon particles according to an embodiment of the present invention, and the result of atomic analysis. As shown in FIG. 5, the size of the modified carbon particles was significantly reduced as compared with the unmodified carbon particles. This is because aggregation of carbon particles is reduced due to the repulsive force between the hydrophilic functional groups formed on the carbon surface by the acid. After the polymer coating, the surface of the carbon particles was very soft due to the formation of the coating film, and no pores existing on the carbon surface were observed. Further, as shown in FIG. 5, it can be seen that a uniform polymer film was coated on the surface of the carbon particles. As a result of elemental analysis, C and O elements were identified from the carbon particles and the resulting carboxyl groups (FIG. 5 (b)), but only C was found in the unmodified carbon (FIG. 5 (a)). Also, in the polymer coated core cell particles, C and O due to the modified carbon. And F due to the coating film were respectively confirmed (Fig. 5 (c)).
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 코팅된 카본 입자의 미세구조를 나타내는 투과 전자현미경 사진과 원소 분석 결과이다. 도 6의 (b)에서, 실선 화살표와 점선 화살표는 각각 다각형의 카본 입자와 카본 입자 표면에 연속적인 코팅막으로 형성된 고분자를 나타낸 것이다. 특히 박막형태로 이루어진 코팅막은 카본 입자의 주위에서만 관측되었다. 상기와 같은 결과는 고분자가 수용액 상에서 카본 입자 표면에 균일하게 잘 코팅되었다는 것을 의미한다. 또한, 고분자의 코팅 두께는 약 100 nm로 형성되었다. FIG. 6 is a transmission electron microscope photograph and elemental analysis showing the microstructure of the polymer-coated carbon particles according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6 (b), solid line arrows and dashed arrows indicate polygonal carbon particles and polymers formed from a continuous coating film on the surface of carbon particles. Particularly, the coating film in the form of a thin film was observed only around the carbon particles. The above results indicate that the polymer is uniformly and uniformly coated on the surface of the carbon particles in the aqueous solution. The coating thickness of the polymer was about 100 nm.
따라서, 본 발명에 의한 제조방법에 따르면, 고정층 카본 전극에서 염의 흡착이 용액과 쉽게 접촉하고 있는 표면 영역에서 주로 이루어지므로 안쪽의 카본은 흡착 과정에 참여하지 못해 효율이 감소하는 단점을 극복할 수 있다. 또한, 수용액 상에서 고분자와 활성탄으로 제조된 카본 입자는 해수담수화 기술의 유동상 전극으로 응용할 수 있다. Therefore, according to the production method of the present invention, since the adsorption of the salt in the fixed-bed carbon electrode is mainly performed in the surface region in which the adsorption of the salt is easy in contact with the solution, the inner carbon can not participate in the adsorption process, . In addition, carbon particles prepared from polymers and activated carbon in an aqueous solution can be applied as fluidized electrodes of seawater desalination technology.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those skilled in the art.
Claims (11)
상기 개질된 카본 입자를 수용성 고분자가 용해된 수용액과 혼합하여 고분자-개질된 카본 입자혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 고분자-개질된 카본 입자 혼합 용액을 건조하는 단계;
를 포함하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
Modifying the surface of the carbon particles with a hydrophilic functional group by mixing the carbon particles with a strong acid to prepare a suspension, filtering the suspension, washing and drying the suspension;
Mixing the modified carbon particles with an aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved to prepare a polymer-modified carbon particle mixed solution; And
Drying the polymer-modified carbon particle mixed solution;
Coated carbon nanotubes. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 친수성 관능기는 카르복실기인 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic functional group is a carboxyl group.
상기 강산은 황산과 질산이 2 내지 4 : 1의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the strong acid is a mixture of sulfuric acid and nitric acid in a volume ratio of 2: 4: 1.
상기 현탁액을 필터링하는 것은, 상기 현탁액을 초음파로 혼합하며, 상기 초음파로 혼합한 현탁액을 필터링하는 것임을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the filtering of the suspension is performed by mixing the suspension with ultrasonic waves and filtering the suspension mixed with the ultrasonic waves.
상기 초음파로 혼합하는 것은 1 내지 3 시간 동안 초음파를 가하면서 혼합하는 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the ultrasonic wave mixing is performed while applying ultrasonic waves for 1 to 3 hours.
상기 수용성 고분자가 용해된 수용액은 친수성 고분자가 용해된 수용액인 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved is an aqueous solution in which the hydrophilic polymer is dissolved.
상기 친수성 고분자는 나피온(Nafion)인 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the hydrophilic polymer is Nafion. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 건조하는 것은 80 내지 200℃에서 24 시간 이내로 건조하는 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the drying is performed at 80 to 200 ° C within 24 hours.
A polymer-coated fluidized-bed carbon electrode, produced according to the method of any one of claims 1 to 8, characterized in that the carbon particles are coated with a polymer.
상기 코팅된 고분자는 50 내지 200 nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고분자 코팅된 유동상 카본 전극.
10. The method of claim 9,
Wherein the coated polymer has a thickness of 50 to 200 nm.
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